以下、本発明に係る等速ジョイント用ボ� ��ル及びその製造方法につき好適な実施の形� ��を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明� ��る。

 図1は、バーフィールド型等速ジョイント (以下、単に等速ジョイントともいう)10の概� �断面図である。この等速ジョイント10は、外 輪部材12と、内輪部材14とを有し、これら外� �部材12と内輪部材14との間に、本実施の形態� ��係る転動ボール16(等速ジョイント用ボール) が介在されている。

 外輪部材12は、軸部18と、開口した筒状部 20とを有し、該筒状部20の湾曲した内壁には� �互いに等角度で離間した6個のボール溝22a~22f が設けられている。

 筒状部20の内部には、前記内輪部材14がリ テーナ24に保持された状態で挿入されている� ��ここで、内輪部材14には、直径方向外方に� �出するように湾曲した外周面を切り欠くよ� �にして、外輪部材12のボール溝22a~22fと同数� �のインナ側ボール溝26a~26fが設けられている� ��また、一端面から他端面にかけて貫通孔27� �設けられている。この貫通孔27には、ドライ ブシャフトDSが嵌合される。

 一方、リテーナ24には、該リテーナ24の内 壁から外壁まで貫通した窓28が設けられてい� ��。前記転動ボール16は、この窓28に収容され るとともに、外輪部材12のボール溝22a~22fと内 輪部材14のインナ側ボール溝26a~26fに挿入され ている。

 ここで、前記転動ボール16の表面近傍の� �面を拡大して図2に示す。該図2中の参照符号 30、32、34は、それぞれ、転動ボール16の表面� ��該表面30からの深さが0.1mmである第1部位、� �表面30からの深さが0.2mmである第2部位を表す 。また、参照符号Oは、転動ボール16の中心で ある。

 図3に、直径が19/32インチである転動ボー� ��16の表面30からの深さと圧縮残留応力との関 係をグラフにして示す。本実施の形態に係る 転動ボール16において、表面30、第1部位32、� �2部位34における圧縮残留応力は、それぞれ� �-1200MPa、-1180MPa、-1020MPaであり、いずれも-1000 MPa以上である。また、図3から諒解されるよ� �に、第1部位32から第2部位34にわたる部位の� �縮残留応力も-1000MPa以上を示す。

 なお、この場合、転動ボール16は、高炭� �クロム軸受鋼の1種であるSUJ2を素鋼として形 成されている。

 このような構成の転動ボール16が組み込� �れた前記等速ジョイント10(図1参照)は、自動 車車体に搭載されて駆動力伝達機構を構成し 、エンジンからの駆動力をタイヤまで伝達す る役割を果たす。

 自動車が走行する際に運転者がステアリ� ��グを操作することで進路変更が行われたり� ��凹凸が大きな道路を通過したりすることに� ��い、ドライブシャフトDSが変位する。この� �め、等速ジョイント10では、転動ボール16が� ��輪部材12のボール溝22a~22f、内輪部材14のイ� �ナ側ボール溝26a~26fに摺接する。すなわち、� ��動ボール16と、外輪部材12及び内輪部材14と� ��間で相対的な転がり・滑りが生じ、せん断� ��力とともに摩擦熱が発生する。

 このせん断応力及び摩擦熱は、特に、転� ��ボール16の第1部位32から第2部位34(図2参照)� �わたる部位に負荷を及ぼす。この負荷によ� �、該部位の金属組織から炭素が減少する。

 炭素が減少した金属組織は、ナイタール� ��食液で腐食させた際に白色を呈する、いわ� ��る白色組織となる。この白色組織は脆性で� ��り、従って、剥離や亀裂の原因となる。

 しかしながら、本実施の形態においては� ��図3に示されるように、第1部位32から第2部� �34にわたって圧縮残留応力が-1000MPa以上に設� ��されている。圧縮残留応力がこのように大� ��い部位では、前記のせん断応力が作用した� ��、該せん断応力が吸収される。従って、炭� ��が減少して白色組織となる組織変化が起こ� ��難くなる。

 すなわち、本実施の形態によれば、転動� ��ール16の第2部位34に大きな圧縮残留応力を� �め付与したことに伴って表面30からの深さが 0.1mm(第1部位32)から0.2mm(第2部位34)にわたる部� ��の圧縮残留応力を大きくし、これにより該� ��位にせん断応力を吸収させるようにしたの� ��、この部位に白色組織が生成することを抑� ��することができる。

 第2部位34よりも深い部位では、白色組織� ��元々生成し難い。従って、第1部位32から第2 部位34にわたる部位の圧縮残留応力を大きく� ��ることのみで、転動ボール16全体にわたっ� �、剥離や亀裂の原因である白色組織が生成� �ることを回避することができる。

 そして、このように白色組織が生成する� ��とを回避するようにした結果、SUJ2のような 安価な鋼材からなる転動ボール16であっても� ��剥離や亀裂が生じることが防止される。す� ��わち、長寿命を示す転動ボール16を低コス� �で作製することが可能となる。

 ここで、転動ボール16の表面30から深さ0.5 mmに至るまでの金属組織中のオーステナイト� ��を、一般的なSUJ2からなる転動ボールにおけ る表面から深さ0.5mmに至るまでの金属組織中� ��オーステナイトと併せて図4に示す。この図 4から諒解されるように、SUJ2からなる転動ボ� ��ルでは、オーステナイト量は最大でも約9体 積%である。これに対し、本実施の形態に係� �転動ボール16では、表面30におけるオーステ� ��イト量は約16体積%であり、第1部位32では14.8 体積%である。さらに、深さ0.5mmに至るまで、 オーステナイト量は14体積%を超える。

 このように、転動ボール16は、SUJ2からな� ��転動ボールに比して、表面30から第1部位32� �至るまでの領域の金属組織中に存在するオ� �ステナイト量が多い。オーステナイトは、� �ーライトやマルテンサイトに比して軟質で� �るため、オーステナイト量が多いこの領域� �は靭性が向上する。このため、極表面、す� �わち、表面30~第1部位32までの領域に、剥離� �原因である亀裂が発生し難い。

 その上、この転動ボール16は、表面30の靭 性が大きいので、表面硬度を大きくすること ができる。具体的には、HRCで62~68とすること� ��可能である。これにより、表面30の耐摩耗� �も確保される。

 この転動ボール16は、以下のようにして� �造することができる。

 先ず、SUJ2相当材(素鋼)からなる球体に対� ��て焼入れ処理を施す。すなわち、該球体を8 40~900℃に加熱し、その後、この球体を冷却す る。ここで、この冷却は、該球体の表面30か� ��深さ0.1mmである第1部位32に至る領域に、オ� �ステナイトが10~25体積%残留する条件下で行� �。

 通常、素鋼の金属組織中にはパーライト� ��存在する。このパーライトは、前記加熱に� ��ってオーステナイトに変化する。一般的に� ��オーステナイトは、後過程の冷却時にマル� ��ンサイトに変態するが、本実施の形態にお� ��ては、冷却速度を小さくしてマルテンサイ� ��析出開始温度(Ms点)に到達するまでの時間を 遅くする。これにより、冷却後に金属組織中 に残留するオーステナイト量を多くすること ができる。

 なお、実際の冷却速度は、転動ボール16� �直径に応じて設定すればよい。

 次に、前記球体に対し、150℃以上で焼戻� ��処理を施す。これにより、前記焼入れ処理� ��よって形成された金属組織が安定化する。

 次に、前記球体に対して圧縮残留応力を� ��与する。この付与にあたっては、例えば、� ��開昭61-270331号公報又は特開平11-19828号公報� �記載された公知の処理方法・装置を用いる� �うにすればよい。すなわち、焼入れ・焼戻� �が施された転動ボール16を複数個バレルに収 容し、次に、バレルを回転させて転動ボール 16とバレルの内壁、又は転動ボール16同士を� �突させるようにすればよい。この衝突が繰� �返されることにより、転動ボール16に圧縮残 留応力が付与される。

 転動ボール16において、圧縮残留応力が� �大となる深さは、転動ボール16の直径寸法や 処理条件に応じて変化する。例えば、直径が 3/8インチの転動ボール16に対し、特開平11-1982 8号公報に記載の装置を用いて処理を行う場� �、バレルと軸線が同一であり且つ該バレル� �逆方向に回転する支持軸の回転数を50rpm、処 理時間を90分としたとき、表面30からの深さ� �0.1mmの部位(第1部位32)の残留圧縮応力が最大� ��なり、その値はおよそ-960MPaである。また、 前記支持軸の回転数を65rpm、処理時間を90分� �したとき、表面30からの深さが0.15mmの部位の 残留圧縮応力が最大となり、その値はおよそ -1000MPaである。

 このことから諒解されるように、支持軸� ��回転数を上昇させることによって、転動ボ� ��ル16における圧縮残留応力の最大値と、こ� �最大値をとる深さとを制御することが可能� �なる。例えば、図3に示すように、直径19/32� �ンチの転動ボール16における第1部位32及び第 2部位34の各圧縮残留応力を-1180MPa、-1020MPaと� �るには、支持軸の回転数を50rpmに設定し、回 転時間を2.5時間とすればよい。

 前記図3には、支持軸の回転数を低くし、 直径が19/32インチであり且つ表面30からの深� �が0.1mm、0.2mmである部位の各圧縮残留応力が- 870MPa、-500MPaである比較例1、同一直径で且つ� ��面からの深さが0.1mm、0.2mmである部位の各圧 縮残留応力が-510MPa、-380MPaである比較例2の転 動ボールにおける表面からの深さと圧縮残留 応力との関係が併せて示されている。すなわ ち、比較例1、2の転動ボールにおいては、白� ��組織が生成し易い部位の圧縮残留応力は、- 1000MPa以下である。

 この図3から、本実施の形態に係る転動ボ ール16と、比較例2の転動ボールとで表面の圧 縮残留応力が略同等であるにも関わらず、両 ボールの耐久性に著しい差があることも分か る。このことから、第2部位34における圧縮残 留応力を-1000MPa以上とし、これにより白色組� ��が生成し易い第1部位32から第2部位34にわた� ��て圧縮残留応力を大きくすることで、転動� ��ールの耐久性が向上することが認められる� ��

 図5は、本実施の形態に係る転動ボール16� ��表面からの深さが0.1mm~0.2mmに至る領域の圧� �残留応力が転動ボール16と略同等ではあるも のの表面~深さ0.1mmに至る領域のオーステナイ ト量が10%を下回る転動ボールA、及びSUJ2から� ��る転動ボールBのワイブル確率プロットであ り、横軸は時間である。この図5から、転動� �ールB、転動ボールA、転動ボール16の順で寿� ��が長期化していることが明らかである。

 以上のように、本実施の形態によれば、� ��久性に優れた転動ボール16を得ることがで� �る。

 なお、上記した実施の形態においては、S UJ2を素鋼として作製された転動ボール16を例� ��して説明したが、転動ボール16の材質はSUJ2� ��限定されるものではなく、高炭素クロム軸� ��鋼相当材であればよい。すなわち、SUJ1相当 材であってもよく、SUJ3相当材、SUJ4相当材又� ��SUJ5相当材であってもよい。